L'invention se rapporte au domaine des dispositifs microélectronique dotés de transistors à double-grille et concerne un procédé amélioré de réalisation de transistors à double-grille asymétrique.

L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif microélectronique doté d'un ou plusieurs transistors à double-grille symétrique et d'un ou plusieurs transistors à double-grille asymétrique co-intégrés sur un même substrat.

L'invention s'applique notamment au domaine des mémoires à accès aléatoires, telles que les mémoires SRAM (SRAM pour « static random access memory » ou mémoires statiques à accès aléatoires).

La réalisation de transistors à double-grille dotés de deux grilles indépendantes qui ont des caractéristiques électriques symétriques ou un comportement identique pour une même polarisation est connue. Par transistors double-grille, on entend que ces transistors comportent une première grille et une deuxième grille indépendantes formées de part et d'autre d'une zone active, la première grille et la deuxième grille étant connectées ou non entre elles.

Les transistors double-grille peuvent être réalisés selon une structure dite « planaire », formée d'une première grille et d'une deuxième grille, agencées de sorte que la première grille, une zone semi-conductrice destinée à former un ou plusieurs canaux, et la deuxième grille, sont superposées sur un substrat.

Les transistors double-grille peuvent être également réalisés selon une structure de type dit « finFET ». Dans ce type de transistor, la double-grille est formée d'une première grille et d'une deuxième grille, agencées de sorte que la première grille, une zone semi-conductrice destinée à former un ou plusieurs canaux, et la deuxième grille, sont juxtaposées sur un substrat.

Il est également connu de réaliser des transistors à double-grille asymétrique. Une double-grille asymétrique est formée de deux grilles distinctes dissymétriques par rapport au plan principal d'une zone semi-conductrice destinée à former un ou plusieurs canaux, de part et d'autre de laquelle ces grilles sont disposées.

Pour réaliser des transistors asymétriques à structure planaire, des procédés de réalisation de type dit « non auto-aligné », c'est-à-dire pour lesquelles chacune des grilles est définie par une lithographie différente, sont apparus.

Le document [ILL05] divulgue un exemple de réalisation de transistor à double-grille asymétrique à l'aide d'un procédé non auto-aligné.

Les figures 1A-1E illustrent différents exemples de réalisation de structure double-grille asymétrique planaire.

Une solution pour réaliser des transistors asymétriques avec une technologie non auto-alignée consiste à former une première grille ou grille arrière intentionnellement décalée par rapport à la deuxième grille ou grille avant, et/ou ayant une dimension critique plus faible que celle de la grille avant.

Sur la figure 1A, un exemple de structure de transistor à double-grille planaire asymétrique est illustré. Cette structure est dotée d'une première grille 10 ou grille arrière, en contact avec une première couche 11 de diélectrique de grille, et d'une deuxième grille 14 formée sur une deuxième couche de diélectrique de grille 13, une zone active semi-conductrice 12 destinée à former un ou plusieurs canaux, étant située entre la première couche diélectrique 11 et la deuxième couche diélectrique 13. La première grille 10 et la deuxième grille 14 sont décalées de sorte qu'une partie de la première grille 10 n'est pas située en regard de la deuxième grille 14 et qu'une partie de la deuxième grille 14 n'est pas située en regard de la première grille 10. Dans cet exemple, le décalage Δ entre les deux grilles 10 et 14 est tel que Δ = D1, avec D1 par exemple de l'ordre de 30 nanomètres.

Un autre exemple de dissymétrie est illustré sur la figure 1B. Sur cette figure, un transistor à double-grille planaire asymétrique est doté d'une première grille 20 formée au-dessous d'une zone active semi-conductrice 12 et en regard d'une deuxième grille 24 de dimension critique inférieure à celle de la première grille, et formée au dessus de ladite zone active semi-conductrice 12. La deuxième grille 24 et la première grille 20 sont décalées de sorte que la deuxième grille 24 est située totalement en regard de la première grille 20 tandis qu'une partie de la deuxième grille 24 est située en regard de la zone active semi-conductrice 12 mais n'est pas située en regard de la deuxième grille 24. Dans cet exemple, le décalage Δ entre les deux grilles 20, 24 est tel que Δ = + D2 avec D2 par exemple de l'ordre de 15 nanomètres.

Sur la figure 1C, un autre exemple de structure de transistor à double-grille planaire asymétrique est donné. Cette structure est dotée d'une première grille 30 ou grille inférieure, de dimension critique dc₁ et d'une deuxième grille 34 ou grille supérieure, de dimension critique dc₂ supérieure à dc₁.

Sur la figure 1D, un autre exemple de structure de transistor à double-grille planaire asymétrique est donné. Cette structure est dotée d'une première grille 40 ou grille inférieure, de dimension critique donnée et d'une deuxième grille 44 ou grille supérieure, de dimension critique supérieure. Le décalage Δ entre les deux grilles est tel que Δ = - D1.

Sur la figure 1E, un autre exemple de structure de transistor à double-grille planaire asymétrique est donné. Cette structure est dotée d'une première grille 50 ou grille inférieure, de dimension critique dc₁ et d'une deuxième grille 54 ou grille supérieure, Le décalage Δ entre les deux grilles étant tel que Δ = - D2.

En ajustant le décalage Δ entre les deux grilles d'une double-grille asymétrique, on peut ajuster le courant de fuite I_off du transistor.

Sur la figure 2, des courbes C₁₁ et C₁₂ sont représentatives respectivement de simulations et de mesures d'un courant de fuite I_off d'une structure double-grille asymétrique en fonction du décalage Δ entre ses deux grilles inférieure et supérieure. Les grilles ont chacune une dimension critique de l'ordre de 70 nanomètres tandis que l'épaisseur du canal est de l'ordre de 10 nanomètres.

Avec des procédés qui ne sont pas auto-alignés, il est difficile d'obtenir un décalage Δ précis entre les grilles. Pour certaines applications, un décalage Δ contrôlé et très faible, par exemple de l'ordre de 2 à 5 nanomètres est souhaité.

Le document WO03/021633 décrit un procédé de réalisation d'un transistor à grilles auto-alignées horizontales.

Pour la mise en oeuvre de transistors double-grille symétriques, le manque de précision des procédés de réalisation « non auto-alignés » pose également problème. Les résultats actuellement obtenus avec de tels procédés montrent qu'il est difficile d'obtenir deux grilles de même longueur et bien alignées. Cela nuit en particulier au fonctionnement dynamique des transistors réalisés à l'aide d'un tel procédé.

Afin de bénéficier des avantages intrinsèques des structures à double-grille planaires, des procédés de réalisation auto-alignés, c'est-à-dire lors desquels les deux grilles sont définies par une même étape de lithographie sont apparus. Un tel type de procédé est présenté par exemple dans le document [DEL01].

Il se pose le problème de trouver un nouveau procédé de réalisation de transistors à double-grille asymétrique.

L'invention concerne un procédé de réalisation d'un dispositif microélectronique selon la revendication 1.

Par implantation sélective on entend que le premier bloc n'est pas implanté ou moins implanté que le deuxième bloc.

Une telle étape d'implantation permet de réaliser des doubles-grilles asymétriques.

La première implantation est réalisée selon un angle prédéterminé non-nul par rapport à une normale au plan principal du substrat passant par la zone semi-conductrice.

Ladite implantation est réalisée dans des zones du deuxième bloc situées à proximité et/ou en contact de la deuxième zone diélectrique.

Le procédé peut comprendre après l'étape b) : au moins une étape c) de gravure sélective entre des zones semi-conductrices non-implantées desdits blocs et des zones semi-conductrices implantées du deuxième bloc.

Cela peut permettre de réaliser des doubles-grilles asymétriques de dimensions critiques respectives différentes.

La gravure sélective peut être une gravure sélective, entre des zones semi-conductrices non dopées et des zones semi-conductrices dopées par ladite implantation.

Selon une variante, la gravure sélective peut être une gravure sélective, entre des zones semi-conductrices dopées suivant un type de dopage donné et des zones semi-conductrices dopées par ladite implantation suivant un autre type de dopage différent du type de dopage donné.

Les structures peuvent être des structures dites « planaires » et tel que le premier bloc repose sur le substrat, le premier bloc, la zone semi-conductrice et le deuxième bloc étant superposés au-dessus dudit substrat.

Les structures peuvent être réalisées à l'étape a) de sorte que le premier bloc et le deuxième bloc ont une dimension critique inférieure à la dimension critique de la deuxième zone diélectrique et/ou de la première zone diélectrique.

De cette manière, la deuxième zone de diélectrique est susceptible de former des moyens de protection du deuxième bloc vis-à-vis de l'implantation.

A l'étape b), le deuxième bloc peut être recouvert d'un masque dur, le masque dur ayant une dimension critique supérieure à la dimension critique du deuxième bloc.

De cette manière, le masque dur peut former des moyens de protection de la partie supérieure du deuxième bloc vis-à-vis de l'implantation.

Selon une mise en oeuvre possible de la structure, le premier bloc et/ou le deuxième bloc peuvent être à base d'un matériau semi-conducteur.

Selon une variante, le premier bloc et/ou le deuxième bloc peuvent être formés respectivement d'au moins une couche métallique et d'au moins une couche semi-conductrice empilées.

Le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre pour réaliser des transistors double-grille asymétriques et symétriques sur un même substrat.

Dans ce cas, à l'étape b), au moins une structure particulière parmi lesdites structures formées à l'étape a) est protégée de l'étape de dopage réalisée à l'étape b), à l'aide d'au moins une couche de protection, par exemple à base de résine ou une couche de masque dur à base d'un matériau diélectrique par exemple tel que du SiO₂ ou du Si₃N₄, ladite structure particulière étant prévue pour former un transistor à double-grille symétrique.

Ensuite, le premier bloc et le deuxième bloc de cette structure particulière peuvent être gravés en même temps que le premier bloc et le deuxième bloc de ladite structure donnée, ladite structure donnée étant prévue pour former un transistor à double-grille asymétrique, tandis que la structure particulière est prévue pour former un transistor à double-grille symétrique.

L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une structure de cellule mémoire à accès aléatoire dotée de transistors double-grille asymétriques comprenant un procédé tel que défini précédemment.

L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une structure de cellule mémoire à accès aléatoire dotée de transistors double-grille asymétriques et de transistors double-grille symétriques à l'aide d'un procédé tel que défini précédemment.

La mémoire peut être une mémoire statique à accès aléatoire SRAM.

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

• les figures 1A-1E, illustrent différents modes de réalisation d'une double-grille planaire asymétrique ;
• la figure 2 donne des exemples de courbes de simulation et de mesure d'un courant de fuite d'une structure double-grille asymétrique en fonction du décalage entre ses deux grilles ;
• les figures 3A-3E, illustrent un exemple de procédé suivant l'invention, de réalisation d'une double-grille planaire asymétrique ;
• les figures 4A-4B, illustrent une variante de l'exemple de procédé suivant l'invention, de réalisation d'une double-grille planaire asymétrique ;
• les figures 5A-5B, illustrent un exemple de procédé de réalisation de structure double-grille asymétrique et de structure double-grille symétrique sur un même substrat ;
• la figure 6 illustre un exemple de cellule mémoire 4T, dotée de 4 transistors à double-grille asymétrique susceptibles d'être mis en oeuvre à l'aide d'un procédé suivant l'invention ;
• la figure 7 représente une portion d'un exemple de matrice mémoire dotée de cellules du type de celle de la figure 7 ;
• la figure 8 illustre un autre exemple de cellule mémoire 4T, réalisée dans une technologie complémentaire de celle de la cellule de la figure 7 ;
• la figure 9 illustre un autre exemple de cellule mémoire 4T, dotée de 2 transistors à double-grille asymétrique et de 2 transistors à double-grille asymétrique co-intégrés sur un même substrat ;
• la figure 10A, illustre un exemple d'évolution du courant de canal d'un transistor double-grille, en fonction de la polarisation de ses deux grilles ;
• la figure 10B, illustre un exemple d'évolution du courant de canal d'un transistor double-grille asymétrique, en fonction de la polarisation de ses deux grilles ;
• la figure 11 illustre un autre exemple de cellule mémoire 4T, réalisée dans une technologie complémentaire de celle de la cellule de la figure 11 ;
• la figure 12 illustre un exemple de cellule mémoire 8T, dotée de 8 transistors à double-grille dont quatre transistors à double-grille asymétrique et quatre autres transistors à double-grille symétrique co-intégrés sur un même substrat.

Un exemple détaillé de procédé de réalisation d'une structure de double-grille planaire asymétrique, formée de deux grilles de cotes ou dimensions critiques différentes, va à présent être donné en liaison avec les figures 3A à 3E.

On réalise tout d'abord sur un substrat 100, une structure 150 formée d'un empilement tel qu'illustré sur la figure 3C, comprenant un premier bloc 110a de grille, une première zone 109a de diélectrique de grille reposant sur le premier bloc 110a, une zone semi-conductrice 115a reposant sur la première zone diélectrique 109a, une deuxième zone 119a de diélectrique de grille reposant sur la zone semi-conductrice 115a, un deuxième bloc 120a de grille reposant sur la deuxième zone 119a diélectrique. Le deuxième bloc 120a de grille peut être à base d'un matériau semi-conducteur tel que par exemple du polysilicium éventuellement dopé, tandis que le premier bloc 110a de grille peut être également à base d'un matériau semi-conducteur tel que par exemple du polysilicium éventuellement dopé. Dans cet exemple, les zones diélectriques 109a et 119a et la zone semi-conductrice 120a sont réalisées avec une côte ou une dimension critique dc supérieure à celles dc₀ du premier bloc 110a de grille et du deuxième bloc 120a de grille (les dimensions critiques dc₀ et dc étant des dimensions définies dans une direction parallèle au vecteur i du repère orthogonal [O; i; j ; k] sur la figure 3C). Le deuxième bloc 120a de grille peut être éventuellement surmonté d'un masque dur 130 à base de matériau diélectrique, par exemple tel que du SiO₂ ou du Si₃N₄.

Une telle structure 150 a été réalisée à partir d'un empilement de couches minces réalisé sur un substrat 100, par exemple un substrat de type semi-conducteur sur isolant, ledit empilement étant formé d'au moins une première couche 110 de matériau de grille, d'au moins une couche 109 de matériau diélectrique sur la couche 110 de matériau de grille, d'au moins un couche semi-conductrice 115 sur la couche diélectrique 109, et d'au moins une deuxième couche 120 de matériau de grille sur la couche semi-conductrice 115. Les couches 110 et 120 de matériau de grille peuvent être formées par exemple à base de polysilicium. La première couche 110 de matériau de grille peut avoir une épaisseur comprise par exemple entre 10 nanomètres et 100 nanomètres, tandis que la deuxième couche 120 de matériau de grille peut être réalisée avec une épaisseur supérieure, comprise par exemple entre 5 nanomètres et 50 nanomètres (figure 3A).

Ensuite, pour réaliser la structure 150, une gravure de l'empilement, par exemple anisotrope, peut avoir été effectuée à travers le masque dur 130, de manière à former le premier bloc de grille, la première zone diélectrique, la zone semi-conductrice, la deuxième zone diélectrique, le deuxième bloc de grille. La gravure de l'empilement peut être par exemple une gravure plasma anisotrope à base de HBr et d'oxygène (figure 3B).

On peut ensuite avoir effectué une deuxième gravure, sélective vis-à-vis de la zone semi-conductrice et des zones diélectriques, de manière à réduire latéralement le premier bloc 110a et le deuxième bloc 120a de grille. La deuxième gravure peut être par exemple une gravure plasma isotrope à base de CF₄ (figure 3C).

Après avoir obtenu la structure 150, on réalise (figure 3D) un dopage du deuxième bloc 120a à l'aide d'au moins une première implantation, sélective vis-à-vis du premier bloc 110a. Par implantation sélective, on entend qu'on réalise une implantation du deuxième bloc 120a, sans implanter le premier bloc 110a ou en implantant moins le premier bloc 110a. L'implantation est réalisée de sorte qu'une zone semi-conductrice 122a située au niveau d'un flanc du deuxième bloc 120, contre le diélectrique 119 de grille est implantée tandis que de l'autre côté, par rapport à une normale au plan principal du substrat 100 passant par la structure 150, le deuxième bloc n'est pas implanté (figure 3E).

L'implantation est inclinée selon un angle α prédéterminé par rapport à une normale au plan principal du substrat 100 (le plan principal du substrat étant défini sur la figure 3D comme un plan passant par le substrat et parallèle au plan [O; i; k]). L'angle α d'implantation peut être par exemple compris entre 7° et 45°. La dimension critique dc des zones diélectriques 109a, 119a, les hauteurs h₁ et h₂ respectives du premier bloc 110a de grille et du deuxième bloc de grille 120a, ainsi que l'angle α d'implantation peuvent être prévus de manière à réaliser un dopage du deuxième bloc 120a de grille, de préférence sans doper le premier bloc 110a. Pour mettre en oeuvre cette implantation sélective, la structure 150 peut être réalisée de sorte que le premier bloc 110a et le deuxième bloc 120a ont une dimension critique dc inférieure à celle notée dc₀ des zones 109 et 119 de diélectrique de grille et de la zone semi-conductrice 115. Les dimensions critiques dc et dc₀ peuvent être telles que dc₀-dc = l₂ avec l₂ par exemple compris entre 5 nanomètres et 25 nanomètres. Les zones diélectriques 109a, 119a ayant une dimension critique supérieure à celle des blocs 110a et 120a, les zones 119a et 109a sont susceptibles de former des moyens de protection du premier bloc lors de l'implantation inclinée, de sorte que ce premier bloc n'est pas implanté ou n'est pas implanté au voisinage de l'interface avec le premier diélectrique 109a. Les zones diélectriques 109a, 119a forment ainsi un masque à implantation pour le premier bloc 110a. Pour mettre en oeuvre cette implantation sélective, les blocs 110a et 120a peuvent être prévus de sorte que le deuxième bloc 120a, a une hauteur h₂ supérieure à la hauteur h₁ du premier bloc 110a de grille (les hauteurs h₁ et h₂ étant des dimensions définies dans une direction parallèle au vecteur j d'un repère orthogonal [O; i ; j ; k] sur la figure 3C). La hauteur h₂ du deuxième bloc 120a peut être prévue telle que h₂ inférieure ou égale à (dc-dco)/tan α. La hauteur h₂ du deuxième bloc 120a peut être comprise par exemple entre 5 nanomètres et 50 nanomètres. La hauteur h₁ du premier bloc 110a peut quant à elle être comprise par exemple entre 10 nanomètres et 100 nanomètres. La dimension critique D du masque dur peut être prévue supérieure à celle du deuxième bloc 120a, de manière à protéger la partie supérieure de ce dernier lors de l'implantation. La dimension critique D du masque dur peut être telle que D-dc = l₁, avec l₁ par exemple inférieur à 30 nanomètres.

Le dopage par implantation est un dopage d'un type prédéterminé ou réalisé avec une espèce prédéterminée. Dans le cas où les blocs 110a et 120a sont à base de polysilicium, on peut par exemple réaliser un dopage de type N avec de l'arsenic à une dose par exemple de 3¹⁵ atomes.cm^-2 et une énergie choisie en fonction de la différence de cote ou de dimension critique que l'on souhaite obtenir entre les deux grilles. Pour obtenir une différence contrôlée de cote de l'ordre de 3 nanomètres, de part et d'autre de la grille, on peut par exemple implanter à 3 keV et avec de l'arsenic ou du Phosphore ou de l'Antimoine, un bloc semi-conducteur 120a, par exemple formé de polysilicium déjà dopé P avec un dopant tel que du Bore, à un niveau moyen de 10²⁰ atomes.cm^-3. Selon une variante, l'implantation peut être une implantation de polysilicium réalisée avec du Germanium.

Les blocs 110a et 120a peuvent être déjà dopés avant l'étape d'implantation sélective, et avoir été dopés par exemple au moment du dépôt des couches semi-conductrices 110 et 120. Dans ce cas, l'implantation sélective du deuxième bloc 120a permet de modifier le dopage du deuxième bloc 120a, notamment dans des régions situées au niveau d'un flanc de ce dernier et contre la deuxième zone diélectrique 119a, tandis qu'au moins dans une zone située contre la première zone diélectrique 109a, le dopage du premier bloc 120a n'est pas modifié suite à ladite implantation sélective.

Ensuite, on réalise une gravure sélective entre une zone semi-conductrice 122a qui a été implantée et des zones semi-conductrices qui n'ont pas été implantées lors de l'étape précédemment décrite.

Selon une variante, la gravure sélective peut être un retrait sélectif d'un matériau semi-conducteur implanté N dans le cas où la zone semi-conductrice 122a a été implantée N, par rapport à des zones non-implantées mais dopées P.

Un exemple de procédé de gravure plasma qui permet de conduire à une sélectivité entre un matériau semi-conducteur implanté suivant un dopage de type N et un matériau dopé P est donné dans le tableau suivant : Cl2 SF6 Ps (W) Pb (W) P (mT) t (s) BT 60 - 750 150 30 5 ME 150 - 1000 0 4 15 OE 150 - 1000 0 70 30

Dans ce tableau BT, ME, OE, signifient respectivement : perçage (BT pour « Break Through » selon la terminologie anglo-saxonne), gravure principale (ME pour « Main Etch » selon la terminologie anglo-saxonne), surgravure (OE pour « Over Etch » selon la terminologie anglo-saxonne).

Avec un tel procédé (non représenté), les zones dopées N, par exemple la zone semi-conductrice 122a du premier bloc sera gravée tandis que les zones dopée P ne seront pas gravées.

Selon un autre exemple, la gravure sélective peut être un retrait sélectif d'un matériau semi-conducteur implanté P ou P+ dans le cas où la zone semi-conductrice 122a a été implantée P ou P+, par rapport à des zones non-implantées et dopées N.

Selon un autre exemple, la gravure sélective peut être un retrait sélectif d'un matériau semi-conducteur implanté N+ dans le cas où la zone semi-conductrice 122a a été implantée N+, par rapport à des zones non-implantées mais dopées P.

Dans le cas par exemple où la zone semi-conductrice 122a est à base de polysilicium et a été implantées P+, une gravure sélective avec du HNA (HF/HNO₃/CH₃COOH) peut être effectuée.

Dans le cas par exemple où les zones semi-conductrices 122a est à base de polysilicium et a été implantées N+, une gravure sélective avec du HNA (HF/HNO₃/CH₃COOH) peut également être effectuée.

Selon un autre exemple, la gravure sélective peut être un retrait sélectif d'un matériau semi-conducteur implanté dans le cas où la zone semi-conductrice 122a a été dopée par implantation, par rapport à des zones semi-conductrices qui n'ont pas été implantées et qui ne sont pas dopées.

Dans le cas par exemple où la zone semi-conductrice 122a est à base de polysilicium et a été implantée selon un dopage N, une gravure sélective avec du TMAH (tétra-méthyl ammonium hydroxyde), peut être effectuée. Dans ce cas, les zones non-dopées sont gravées plus rapidement que la zone 122a implantée. Sur la figure 3E, un tel exemple est illustré. Une fois la gravure sélective réalisée, le premier bloc 110a destiné à former une première grille, a une dimension critique dc₁, tandis que le deuxième bloc 120b destiné à former une deuxième grille, a une dimension critique dc₂ supérieure à dc₁, la zone semi-conductrice 122a implantée ayant été moins gravée que la zone semi-conductrice non implantée.

Dans le cas où le premier bloc et le deuxième bloc sont à base de polysilicium, l'implantation réalisée précédemment peut être une implantation de germanium dans le polysilicium, de manière à utiliser ensuite un procédé de gravure sélective du polysilicium implanté avec du Germanium, par rapport au polysilicium, par exemple à l'aide d'une gravure plasma isotrope à base de CF₄.

Des implantations pour définir les extensions de zone de source et de drain peuvent avoir été effectuées avant l'étape d'implantation sélective.

Une variante du procédé précédemment décrit, prévoit la réalisation d'une structure double-grille asymétrique dotée de deux grilles ayant des compositions différentes et prévues pour avoir des travaux de sortie respectifs différents.

Dans ce cas, les blocs 110a et 120a peuvent être formées par exemple d'un bicouche. Le premier bloc 110a peut être formé par exemple d'une couche métallique par exemple à base de TiN ou de TaN en contact avec la première zone diélectrique 109 et d'une couche de matériau semi-conducteur, par exemple à base de polysilicium, sur laquelle repose la couche métallique. Le deuxième bloc 120a peut être également formé d'un bicouche, comprenant une couche métallique par exemple à base de TiN ou de TaN en contact avec la deuxième zone diélectrique 119 et d'une couche de matériau semi-conducteur, par exemple à base de polysilicium, reposant sur la couche métallique. Ensuite, lors de l'implantation sélective du deuxième bloc 120a, on implante la couche semi-conductrice du bi-couche. On peut déplacer le travail de sortie du bicouche couche semi-conductrice polysilicium/couche métallique vers la couche semi-conductrice à base de polysilicium. L'énergie de l'implantation et le recuit d'implantation sont ajustés pour que l'implantation atteigne le centre de la grille afin que le travail de sortie soit ajusté sur toute la surface de la grille. On peut ainsi réaliser des transistors au fonctionnement asymétrique, par exemple avec une longueur de grille de l'ordre de 20 nm, et une tension de seuil pour la première grille Vth1 ajustée par exemple à 0,1 Volts, et une tension de seuil pour la deuxième grille Vth2 ajustée par exemple à 0,3 Volts soit une différence de travail de sortie par exemple de l'ordre de 0,4 Volts entre les deux grilles.

L'un ou l'autre des procédés précédemment décrits peut être mis en oeuvre pour la réalisation ou co-intégration sur un même support ou un même substrat 100 de transistors à double-grille planaire asymétrique et de transistors planaires symétriques.

Pour cela, on réalise sur un substrat tel que le substrat 100, plusieurs structures, par exemple une première structure 250, et une deuxième structure 260 du type de la structure 150 précédemment décrite. Ensuite, préalablement à l'étape d'implantation sélective, on forme des moyens de protection vis-à-vis d'un faisceau ionique d'implantation pour la deuxième structure 260. Ces moyens de protection peuvent être formés d'au moins une couche 270 définie par exemple par photolithographie et recouvrant la deuxième structure 260. La couche 270 de protection peut être par exemple une couche à base de résine ou un masque dur, par exemple à base de Si₃N₄ ou de SiO₂. La couche de protection 270 comporte au moins une ouverture dévoilant la première structure 250.

Ensuite (figure 4A), on réalise une implantation sélective du deuxième bloc de grille de la première structure 250, par exemple de la manière décrite précédemment en liaison avec la figure 3D. Lors de cette implantation, la couche 270 protège la deuxième structure 260 du faisceau de particules.

Puis, on retire la couche de protection 270, par exemple à l'aide d'un par plasma O₂ suivi d'une gravure chimique à base d'un mélange acide sulfurique, eau oxygénée, lorsque cette couche de protection est à base de résine.

On réalise ensuite l'étape de gravure des blocs de grilles de la première structure 250 et de la deuxième structure 260. Cette gravure est une gravure sélective de la zone semi-conductrice 122a implantée vis-à-vis de zones semi-conductrices qui n'ont pas été implantées.

Sur la figure 4B, la première structure 250 et la deuxième structure 260 reposant sur le substrat 100 sont représentées, une fois la gravure réalisée. La première structure 250 comporte un premier bloc 110a de grille de dimension critique dc₁, et un deuxième bloc 120a destiné à former une deuxième grille de dimension critique dc₂, la zone semi-conductrice 122a implantée ayant été moins gravée que les zones semi-conductrices non implantées. La deuxième structure 260 une fois la gravure sélective réalisée, comporte un premier bloc 210a destiné à former une première grille ayant une dimension critique dc₁, tandis que le deuxième bloc 220b destiné à former une deuxième grille ayant une dimension critique dc₁, identique à celle du premier bloc. La première structure 250 est prévue pour un transistor à double-grille asymétrique tandis que la deuxième structure 260, réalisée sur le même substrat 100 que la première, est prévue pour un transistor double-grille symétrique. Des étapes de réalisation d'espaceurs, de formation de régions de sources et de drain, de réalisation de contacts peuvent être ensuite effectuées pour compléter la formation des transistors à double grille symétrique et à double grille asymétrique.

Une variante du procédé précédemment décrit en liaison avec les figures 4A-4B, est donnée en liaison avec les figures 5A-5B. Pour cette variante, on réalise sur le substrat 100, une première structure 350 et une deuxième structure 360, du type des structures 250, 260 précédemment décrites, mais qui comportent, à la place des blocs 110a et 120a semiconducteurs, des blocs 310a, 320a formés respectivement d'un bicouche.

Le premier bloc 310a peut être formé par exemple d'une couche métallique 308a par exemple à base de TiN ou de TaN en contact avec la première zone diélectrique 109 et d'une couche de matériau semi-conducteur 309a, par exemple à base de polysilicium, sur laquelle repose la couche métallique 308a. Le deuxième bloc 320a peut être également formé par un bicouche, comprenant une couche métallique 318a, par exemple à base de TiN ou de TaN en contact avec la deuxième zone diélectrique 119a et d'une couche de matériau semi-conducteur 319a, par exemple à base de polysilicium, reposant sur la couche métallique 318a.

On effectue (figure 5A), comme pour le procédé précédemment décrit en liaison avec la figure 3D, une implantation sélective du deuxième bloc 320a de la première structure 350 d'un côté de cette structure 350, et en particulier de manière à réaliser une zones semi-conductrice 322a fortement dopée dans la couche de matériau semi-conducteur 309a de la première structure 350. Lors de cette implantation, la deuxième structure 360 est quant à elle protégée par une couche de protection 270, par exemple à base de résine (figure 5A).

Puis, après avoir retiré la couche de protection 270, on effectue une gravure des couches semi-conductrices 309a et 319a du bicouche, sélective vis-à-vis des zones semi-conductrices dopées 321a et 322a de la première structure 350. Cette gravure peut être isotrope et réalisée par exemple à l'aide d'un plasma à base de CF₄.

Puis, les couches métalliques 308a et 318a sont gravées par exemple par gravure chimique à base de HCl et de H₂O₂. Lors de cette étape, les parties des couches 309a et 319a en polysilicium servent de masque à la gravure chimique (figure 5B).

Sur la figure 5B, la première structure 350 et la deuxième structure 360 reposant sur le substrat 100 sont représentées, une fois la gravure réalisée. La première structure 350 comporte un premier bloc 310a ayant une surface de contact donnée avec la première zone diélectrique 109a, tandis que ledit deuxième bloc 320a, a une surface de contact avec la deuxième zone diélectrique 119a supérieure à ladite surface donnée. Dans la première structure 350, la couche métallique 318a du deuxième bloc 320a située en contact avec la deuxième zone diélectrique 119a, a une dimension critique dc2, tandis que et la couche métallique 308a du premier bloc 310a située en contact avec la première zone diélectrique 109a, a une dimension critique dc1, inférieure à dc2.

La deuxième structure 360 une fois la gravure sélective réalisée, comporte un premier bloc destiné à former une première grille ayant une dimension critique dc₁, tandis que le deuxième bloc 320a destiné à former une deuxième grille ayant une dimension critique dc₁, identique à celle du premier bloc. La première structure 350 est prévue pour un transistor à double-grille asymétrique tandis que la deuxième structure 360, réalisée sur le même substrat 100 que la première, est prévue pour un transistor double-grille symétrique.

Un procédé tel que décrit précédemment en liaison avec les figures 3A-3E peut être utilisé pour mettre en oeuvre une cellule mémoire à accès aléatoire dotée de transistors à double-grille asymétriques. A l'aide d'un tel procédé, une cellule dotée uniquement de transistors à double-grille asymétriques peut être réalisée.

Selon une autre possibilité, une cellule dotée de transistors à double-grille asymétriques et de transistors à double-grille symétrique co-intégrés sur un même support peut être réalisée, par exemple à l'aide d'un procédé tel que décrit précédemment en liaison avec les figures 5A-5B.

Un exemple de cellule mémoire 300 à accès aléatoire dotée de transistors à double-grille asymétrique mis en oeuvre à l'aide d'un procédé par exemple tel que décrit précédemment en liaison avec les figures 3A-3E, est illustré sur la figure 6.

Cette cellule mémoire 300 est une cellule de mémoire statique SRAM de type 4T, dotée de 4 transistors à double-grille, par exemple réalisés en technologie MOS. La cellule 300 comprend une première pluralité de transistors formant un premier inverseur et un deuxième inverseur, connectés selon une configuration de bascule ou communément appelée « flip-flop ». La première pluralité de transistors peut être formée d'un premier transistor de charge TL1_T à double-grille asymétrique, ainsi que d'un deuxième transistor de charge TL1_F à double grille asymétrique. Les transistors de charge TL1_T et TL1_F, peuvent être réalisés dans un premier type de technologie MOS donnée, par exemple une technologie de type PMOS. Les deux grilles du premier transistor de charge TL1_T sont connectées l'une à l'autre, tandis que les deux grilles du deuxième transistor de charge TL1_F sont également connectées ensemble. La double-grille du deuxième transistor de charge TL1_F est également connectée à un premier noeud de stockage T de la première cellule 300, tandis que la double-grille du premier transistor de charge TL1_T est également connectée à un deuxième noeud de stockage F de la première cellule 300. Les sources des transistors de charge TL1_T, TL1_F, peuvent quant à elles, être reliées entre elles et à un potentiel d'alimentation VDD, tandis que le drain du premier transistor de charge TL1_T peut être relié au premier noeud T et que le drain du deuxième transistor de charge TL1_F est relié au deuxième noeud F. Les transistors de charge TL1_T et TL1_F sont prévus pour maintenir une charge nécessaire à l'établissement d'un niveau logique donné par exemple un niveau '1', correspondant par exemple à un potentiel égal au potentiel d'alimentation VDD, sur l'un ou l'autre des noeuds T ou F, en fonction de la valeur logique mémorisée dans la cellule 300. La première cellule 300 est également dotée d'un premier transistor d'accès TA1_T à double-grille asymétrique et d'un deuxième transistor d'accès TA1_F à double-grille asymétrique. Les transistors d'accès TA1_T, TA1_F peuvent être par exemple de type NMOS. Le premier transistor d'accès TA1_T et le deuxième transistor d'accès TA1_F comportent chacun une première grille reliée à une première ligne de mot WL. La seconde grille du premier transistor d'accès TA1_T est reliée au premier noeud de stockage T, tandis que la seconde grille du deuxième transistor d'accès TA1_F est reliée au deuxième noeud de stockage F. La source du premier transistor d'accès TA1_T est reliée à une première ligne de bit BL_T, tandis que la source du deuxième transistor d'accès TA1_F est reliée à une deuxième ligne de bit BL_F. Le drain du premier transistor d'accès TA1_T est quant à lui relié au premier noeud de stockage T, tandis que le drain du deuxième transistor d'accès TA1_F est relié au deuxième noeud de stockage F. Les transistors d'accès TA1_T, TA1_F, sont agencés de manière à permettre d'accéder aux noeuds de stockage T et F, lors d'une phase de lecture ou d'écriture de la cellule 300, et à bloquer l'accès à la cellule 300, lorsque la cellule 300 est dans un mode de rétention d'information. Une telle cellule 300 permet d'obtenir une marge au bruit statique ainsi qu'un compromis entre la stabilité en rétention et la stabilité en lecture améliorés. Dans cet exemple, un maintien de l'information stockée en rétention sans faire appel à des moyens de rafraîchissement est également réalisé. La ligne de mot WL, est commandée en fonction du mode dans lequel on souhaite placer la cellule 300.

Un exemple de fonctionnement d'une telle cellule 300 est le suivant :

• En mode de rétention, les lignes de bit BL_T, BL_F sont reliées à un potentiel VSS tandis que la ligne de mot WL est également maintenue au potentiel VSS afin de stabiliser une donnée mémorisée. Les transistors d'accès TA1_T et TA1_F sont quant à eux dans un état bloqué. Dans le cas où le premier noeud T est à un niveau logique haut et le deuxième noeud F à un niveau bas, le deuxième transistor de charge TL1_F est également bloqué, seul le premier transistor de charge TL1_T étant conducteur. Pour garder le potentiel du deuxième noeud F proche de VSS, le courant qui traverse le deuxième transistor d'accès TA1_F doit être supérieur à la somme du courant qui traverse le deuxième transistor de charge TL1_F et du courant de grille issu du premier transistor de charge TL1_T. La connexion de la seconde grille du deuxième transistor d'accès TA1_F au premier noeud de stockage T, mis à VDD, permet d'augmenter son courant de fuite par exemple de 2 à 3 décades et ainsi de garantir une bonne stabilité en rétention. La mise en oeuvre de transistors d'architecture double-grille asymétrique permet de réaliser cette condition dans la mesure où, compte tenu des conditions de polarisation, le deuxième transistor d'accès TA1_F présente une tension de seuil inférieure à celle du deuxième transistor de charge TL1_F.

En mode lecture, les lignes de bit sont initialement chargées ou préchargées à un potentiel VSS. Ensuite, la ligne de mot est polarisée à un potentiel VDD prévu de manière à permettre un accès aux noeuds de stockage T, F. La stabilité de la cellule 300 en mode lecture dépend de la relation entre les courants de conduction des transistors TL1_T et TA1_T. Pour obtenir une marge au bruit maximale, le courant de conduction, qui traverse le premier transistor d'accès TA1_T est prévu inférieur au courant de conduction du premier transistor de charge TL1_T. La connexion de la seconde grille du premier transistor d'accès TA1_T au noeud de stockage F, de tension nulle, permet de limiter le courant à l'état passant du premier transistor d'accès TA1_T et ainsi de garantir une bonne stabilité de la cellule 300 en lecture. La mise en oeuvre de transistors d'architecture double-grille permet de réaliser cette condition, puisque compte tenu des conditions de polarisation en mode lecture, le premier transistor d'accès TA1_T sera doté d'un canal, tandis que le premier transistor de charge TL1_T sera doté de deux canaux.

En mode écriture, pour écrire par exemple une valeur logique '0' sur le premier noeud T de sorte que T = 0, et F = 1, la deuxième ligne de bit BL_F est initialement chargée ou préchargée à un potentiel VDD tandis que la première ligne de bit BLT est maintenue à un potentiel VSS. Ensuite, la ligne de mot WL est polarisée au potentiel VDD pour activer les transistors d'accès TA1_T et TA1_F afin de connecter les noeuds de stockage aux lignes de bit.

La cellule mémoire 300 qui vient d'être décrite peut être intégrée dans une matrice mémoire, comme cela est illustré sur la figure 7. Sur cette figure, 4 cellules 300₁, 300₂, 300₃, 300₄, parmi N cellules (avec N>0) du type de la cellule 300, d'une matrice mémoire sont représentées. La matrice mémoire est formée de p colonnes, chaque colonne comprenant m cellules du type de la cellule 300. Dans cet exemple, chacune des colonnes de la matrice comporte deux lignes de bit BLT₀, BLF₀, BLT₁, BLF₁, ..., et est contrôlée par un décodeur de colonne. Les m*p cellules mémoires sont commandées par m lignes de mot WL₀, WL₁,...

Sur la figure 8, un deuxième exemple de cellule 320 à quatre transistors, complémentaire de la première cellule 300 décrite précédemment est donné. Une telle cellule 320 peut également être réalisée à l'aide d'un procédé suivant l'invention. Dans cet exemple, les transistors de charge sont remplacés par des transistors de conduction TD1T, TD1F par exemple de type NMOS à double-grille asymétrique. Les transistors de conduction TD1T, TD1F sont connectés à VSS. La cellule 320 est également dotée de transistors d'accès TA2_T, TA2_F réalisés dans une technologie complémentaire de celle des transistors d'accès de la première cellule 300, et peuvent être par exemple de type PMOS.

Selon une variante de mise en oeuvre, dans un cas où l'on souhaite privilégier une stabilité de la cellule en mode lecture, un dispositif de rafraîchissement des données mémorisées peut être associé à la cellule. Le comportement de la cellule est alors dynamique.

Pour améliorer la stabilité de la cellule en mode lecture, sans détériorer la stabilité en rétention, on peut réduire le potentiel de la ligne de mot WL activée en lecture.

Pour améliorer la stabilité globale de la cellule mémoire, il est également possible de co-intégrer des transistors asymétriques et symétriques à l'aide d'un procédé par exemple du type de celui décrit précédemment en liaison avec les figures 5A-5B.

Un troisième exemple de cellule 340 SRAM à 4 transistors, mise en oeuvre à l'aide d'un procédé suivant l'invention, est illustré sur la figure 10. Cette troisième cellule 340, diffère de la première cellule 300, en ce qu'elle comprend un premier transistor de charge TL2_T à double-grille symétrique, ainsi qu'un deuxième transistor de charge TL2_F également à double-grille symétrique. Des transistors sont ainsi à double-grille symétrique et à double-grille asymétrique sont ainsi co-intégrés dans une même cellule mémoire. Cette amélioration permet d'augmenter un rapport entre courant à l'état passant et courant à l'état bloqué L_ON/I_OFF des transistors de charge. En mode rétention, la quantité de charge à évacuer dans la ligne de bit BL_T à travers le transistor d'accès TA1_F devient moins importante et en mode lecture la décharge du noeud T est plus fortement compensée par le premier transistor de charge TL1_T.

Des caractéristiques électriques d'un transistor double-grille symétrique, sont illustrées sur la figure 10A. Sur cette figure deux courbes de polarisation C31 et C32 sont données. Une première courbe de polarisation C31 est représentative de l'évolution du courant drain-source Ids en fonction d'un potentiel Vg1 appliqué sur une première grille du transistor, lorsque la deuxième grille du transistor se trouve dans un premier état de polarisation et qu'un potentiel Vg2 = 0 Volt est appliqué sur la deuxième grille. Une deuxième courbe de polarisation C32 est représentative de l'évolution du courant drain-source Ids en fonction d'un potentiel Vg1, appliqué sur la première grille du transistor, lorsque la deuxième grille du transistor se trouve dans un troisième état de polarisation et qu'un potentiel Vg2 = VDD, avec VDD un potentiel d'alimentation de la cellule, est appliqué sur la deuxième grille.

Une double-grille asymétrique est formée de deux grilles distinctes dissymétriques par rapport au plan principal de la zone active semi-conductrice de part et d'autre de laquelle ces grilles sont disposées. Dans un transistor doté d'une double-grille asymétrique, le courant délivré entre le drain et la source du transistor est différent suivant que la première grille ou la deuxième grille est activée, même pour une polarisation identique.

La figure 10B donne un exemple de caractéristiques électriques d'un transistor double-grille asymétrique mis en oeuvre dans une cellule mémoire suivant l'invention. Sur cette figure, des courbes C₄₁, C₄₂ sont représentatives, de l'évolution du courant traversant la zone active, entre le drain et la source en fonction d'un potentiel V_G1 appliqué sur la première grille pour différents valeurs fixes d'un potentiel V_G2 appliqué sur la deuxième grille. La courbe C₄₁ est donnée pour une première valeur de potentiel V_G2 qui, dans cet exemple, est de 0 volt, tandis que la courbe C₄₂ est donnée pour une deuxième valeur de potentiel V_G2 qui, dans cet exemple, est de 1 volt. Dans cet exemple la deuxième grille ne permet pas au transistor de délivrer un courant I_ON si elle est activée. Cet exemple de transistor se caractérise par deux courants I_ON à l'état passant pour un potentiel appliqué sur la première grille V_G1 = VDD et un potentiel appliqué sur la deuxième grille V_G1 tel que V_G1 = V_G2 = VDD et deux courants I_Off à l'état bloqué pour V_G1 = 0V suivant que V_G2 = 0V ou VDD).

Un quatrième exemple de cellule 360 SRAM à 4 transistors, mise en oeuvre à l'aide d'un procédé suivant l'invention, est illustré sur la figure 12. Ce quatrième exemple de cellule 360, diffère du deuxième exemple en ce que la cellule 360 comprend un premier transistor de conduction TD2_T à double-grille cette fois symétrique, ainsi qu'un deuxième transistor de conduction TD2_F également à double-grille symétrique.

Des exemples comparatifs des performances de la cellule 300 décrite précédemment, par rapport à celles d'une cellule à 6 transistors mis en oeuvre suivant l'art antérieur, dite « 6T standard », vont à présent être donnés. Ces résultats comparatifs ont été obtenus pour une technologie de 32 nm de dimension critique de grille. Les cellules comparées ont été dimensionnées de telle manière qu'elles présentent approximativement le même courant de lecture ICELL. La cellule 300 permet d'obtenir une marge au bruit statique (SNM) et une marge au bruit en écriture RNM, bien supérieures à la marge au bruit statique de la cellule 6T standard. Comparée à la cellule 6T, la SNM de la cellule 4T est améliorée de plus de 40 % et sa marge en écriture de plus de 50 % pour un gain de surface de l'ordre de 41 %. Les courants de fuite sont également inférieurs de 28 %.

Un autre exemple de cellule mémoire à accès aléatoire, dotée de 8 transistors à double-grille, dont plusieurs transistors à double-grille asymétrique et plusieurs transistors à double-grille symétrique, mis en oeuvre à l'aide d'un procédé suivant l'invention, est donné sur la figure 13.

Cette cellule référencée 400 et dite « 8T », est dotée de quatre transistors d'accès à double grille asymétrique, de deux transistors de charge et de deux transistors de conduction à double-grille symétrique. Le premier transistor d'accès et le deuxième transistor d'accès sont cette fois référencés respectivement TAW1_T et TAW1_F, tandis que la première ligne de bit, la deuxième ligne de bit, sont référencées respectivement BL_WT et BL_WF. La cellule 400 comporte une ligne de mot WWL connectée à la première grille du premier et deuxième transistor d'accès TAW1_T et TAW1_F, et est en outre dotée d'une deuxième ligne de mot RWL, et deux autres lignes de bit BL_RT et BL_RF. La cellule 400, comporte également un troisième transistor d'accès à double-grille asymétrique TAR1_T, et un quatrième transistor d'accès à double-grille asymétrique TAR1_F, réalisés, par exemple en technologie NMOS. La première grille du troisième transistor d'accès TAR1_T et la première grille du quatrième transistor d'accès TAR1_F sont reliées à la deuxième ligne de mot RWL. La seconde grille du troisième transistor d'accès TAR1_T est reliée au premier noeud de stockage T, tandis que la seconde grille du quatrième transistor d'accès TAR1_F est reliée au deuxième noeud de stockage F. La deuxième ligne de mot RWL, les troisième et quatrième lignes de bits BL_RT et BL_RF et le troisième et quatrième transistors d'accès TAR1_T, TAR1_F, sont dédiés aux opérations de lecture de la cellule 400. La première ligne de mot WWL, les lignes de bits BL_RT, BL_RF, WBLT, WBLF ainsi que le premier transistor d'accès TAW1_T, et deuxième transistor d'accès TAW1_F sont dédiés aux opérations d'écriture. La cellule 400 comporte également un transistor supplémentaire de conduction TDR1_T connecté entre le troisième transistor d'accès et la masse, et un autre transistor supplémentaire TDR1_F, connecté entre le quatrième transistor d'accès et la masse.

• [ILL05] : Article de G. Illicali et al, Planar Double Gate Transistors with Asymmetric Independent Gates, SOI Conference (2005). p. 126.
• [DEL01]: WO 03/021633A1.
• [KED01] : Article de J. Kedziersky et al, High-performance symmetric-gate and CMOS-compatible V, asymmetric-gate FinFET devices, page 19.5.1, IEDM 2001.
• [LU05] : Article de CH Lu, Characteritics and Mechanism of Tunable Work Function Gate Electrodes Using a Bilayer Metal Structure on SiO2 and HfO2, EDL vol. 26 (7), p. 445 (2005).
• [MAT05] : Article de L. Mathew, Multiple Independent Gate Field Effect Transistor (MIGFET), VLSI 2005, page 200.